Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства

Изобретение относится к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач (КПП) и редукторов ведущих мостов. Система подогрева включает теплоизолированный глушитель-рекуператор, выполненный в виде теплообменника типа «труба в трубе». на внутренней трубе глушителя-рекуператора имеются отверстия для прохождения отработавших газов с внешней стороны вовнутрь трубы. В глушителе-рекуператоре также установлены трубки теплопередачи, закрепленные между собой торцевыми фланцами при помощи сварного соединения так, что образованные полости между фланцами обоих сторон глушителя-рекуператора соединяют между собой внутренние полости трубок теплопередачи, теплообменники КПП и ведущих мостов, соединенных параллельно. Теплообменник КПП установлен на внутренней стороне стенки КПП, и его форма аналогична форме стенки, а теплообменники ведущих мостов установлены на наружной части картеров главных передач и выполнены аналогично их форме. Достигается повышение эффективности тепловой подготовки и поддержание теплового режима агрегатов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач (КПП) и редукторов ведущих мостов при эксплуатации транспортного средства в зимний период.

Работоспособность транспортного средства в значительной степени определяется стабильностью показателей работы трансмиссии. При увеличении теплоотдачи агрегатами трансмиссии в окружающую среду нарушается их тепловой режим работы, что влечет за собой увеличение внутренних потерь энергии и интенсивности изнашивания поверхностей трения зубчатых зацеплений.

Исследования приспособленности автомобилей ПА3-672, ГА3-66, ГА3-24, М-412, ЗИЛ-130 и др. по тепловому режиму агрегатов показали, что при температуре окружающего воздуха минус 40°С температура масла в картере коробок передач имеет значения от 18 до 33°С, а температура задних мостов составляет от 2 до 43°С (меньшие значения относятся к грузовым автомобилям, большие - к легковым). При этом темп прогрева для коробок передач на стоянке при работающем двигателе равен (18-70)·10-3 мин-1, причем минимальные значения относятся к грузовым автомобилям, а максимальные - к легковым. При движении темп прогрева коробок передач увеличивается до (27-99)·10-3 мин-1. Для задних мостов грузовых автомобилей темп прогрева составляет (23-63)·10-3 мин-1, а для легковых он равен (131-138)·10-3 мин-1, т.е. выше примерно в 4 раза [Резник Л.Г. Научные основы приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации: автореф. дис. … д-ра техн. наук / Л.Г. Резник. Тюмень, 1981. - С.16]. При этом оптимальные значения температуры трансмиссионного масла находятся в пределах 60-90°С. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что в некоторых случаях эксплуатации трансмиссий транспортных средств в зимних условиях необходимы дополнительные источники тепловой энергии как для увеличения темпа их прогрева, так и для поддержания их теплового режима в процессе движения.

В настоящее время известно несколько устройств для обеспечения теплового режима агрегатов трансмиссии транспортных средств.

Известно устройство для подогрева картера КПП теплом отработавших газов (патент на ПМ №74605 опубликован в БИ №19 10.07.08 г.). Данное устройство позволяет вторично использовать тепло двигателя транспортного средства на подогрев картера КПП. В качестве недостатков данного устройства можно отметить высокую степень пожароопасности, низкий коэффициент полезного действия (КПД), необходимость демонтажа теплообменников картеров редукторов трансмиссии при эксплуатации автомобиля в летний период вследствие ухудшения теплоотдачи в окружающую среду стенками картеров.

Известна система для тепловой подготовки и поддержания оптимального теплового режима агрегатов трансмиссии и элементов подвески (патент на ПМ №119086 опубликован 10.08.2012, Бюл. №22). Система обеспечивает прогрев до рабочей температуры и поддержание теплового режима редукторов трансмиссии, однако жидкость, используемая в качестве теплоносителя, теряет свою скорость в импортирующем теплообменнике из-за спиралевидного расположения ребер, необходимых для увеличения интенсивности теплообмена жидкости и выпускной системы двигателя транспортного средства. Вследствие последовательного соединения экспортирующих теплообменников неизолированными жидкостными магистралями и их низкого КПД жидкость имеет низкую способность теплоотдачи агрегатам трансмиссии.

Известна система автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин (патент на изобретение №2500899 опубликован 10.12.2013, Бюл. №34). Система обеспечивает подогрев агрегатов и узлов самоходных машин, однако не лишена недостатков. Основным недостатком является сложность подачи масла для его нагрева непосредственно в теплообменнике в силу его начальной высокой вязкости, а также низкая эффективность при наличии большого числа контуров теплопередачи. С точки зрения минимизации затрат энергии на работу системы автоматического поддержания оптимальных температур рабочих жидкостей и масел в агрегатах и узлах самоходных машин более эффективным будет подвод непосредственно жидкости утилизационного контура к агрегатам и системам.

Известна система обеспечения теплового режима редукторов механической трансмиссии транспортного средства, взятая за прототип (патент на ПМ №130058 опубликован 10.07.2013, Бюл. №19). Предложенная авторами конструкция позволяет использовать теплоту отработавших газов для подогрева агрегатов трансмиссии, однако, конструкция импортирующих теплообменников не обеспечивает необходимую рекуперацию теплоты отработавших газов для нагрева промежуточного теплоносителя.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение эффективности тепловой подготовки и поддержание теплового режима агрегатов трансмиссии при эксплуатации транспортного средства в условиях пониженных температур окружающей среды.

Для достижения технической задачи предлагается система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства, включающая теплоизолированный глушитель-рекуператор для нагрева жидкости системы, например антифриза, без изменения уровня шума отработавших газов на выходе в окружающую среду, выполненный в виде теплообменника типа «труба в трубе», на внутренней трубе которого имеются отверстия для прохождения отработавших газов с внешней стороны вовнутрь трубы, для теплообмена между отработавшими газами и жидкостью системы в глушителе-рекуператоре установлены трубки теплопередачи, жестко и герметично закрепленные между собой торцевыми фланцами при помощи сварного соединения таким образом, что образованные полости между фланцами обеих сторон глушителя-рекуператора соединяют между собой внутренние полости трубок теплопередачи, теплообменники КПП и ведущих мостов, соединенных параллельно и служащих для передачи теплоты от системы к редукторам трансмиссии, причем теплообменник КПП установлен на внутренней стороне стенки КПП, и его форма аналогична форме стенки, а теплообменники ведущих мостов установлены на наружной части картеров главных передач и выполнены аналогично их форме, жидкостный насос для циркуляции жидкости и обмена теплоты между глушителем-рекуператором и теплообменниками системы, теплоизолированный расширительный бак для жидкости, снабженный пробкой с клапанным механизмом, датчик температуры жидкости в системе, соединенный с электронным блоком управления ЭБУ для контроля за тепловым режимом системы подогрева и управления ее электронными элементами, систему теплоизолированных жидкостных магистралей, коробку переключения отработавших газов для подачи отработавших газов в рекуператор или в стандартный глушитель, электромагнит для управления коробкой переключения отработавших газов.

На фиг. 1 представлена система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства в общем виде; на фиг. 2 - конструкция глушителя-рекуператора; на фиг. 3 - блок-схема работы системы в автоматическом режиме.

Основным звеном системы является глушитель-рекуператор 1, установленный на трубе 2 выпускной системы двигателя транспортного средства таким образом, что температура отработавших газов достаточна для нагрева жидкости в глушителе-рекуператоре до величины не менее 95°С. Для контроля теплового состояния жидкости системы на выходе из глушителя-рекуператора установлен датчик температуры 3. Циркуляция нагретой жидкости внутри системы производится при помощи жидкостного насоса 4, работа которого осуществляется от бортовой сети транспортного средства. С целью предотвращения возникновения повышенного давления жидкости в системе в теплоизолированном расширительном баке 5 предусмотрена пробка 6 с клапанным механизмом. Теплопередача от системы подогрева к редукторам трансмиссии производится при помощи теплообменников 7, 8 и 9, установленных в картере КПП и на наружной части корпусов дифференциалов ведущих мостов соответственно. Теплообменник 7 плотно прилегает к внутренней части правой стенки картера КПП, выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, а его форма аналогична форме внутренней поверхности правой стенки картера КПП. Форма теплообменников 8 и 9 аналогична форме картера главной передачи, плотно прилегает к его наружной части и их количество варьируется в зависимости от числа ведущих мостов транспортного средства, тепловой режим которых необходимо поддерживать. Отдельные звенья системы соединяются между собой при помощи системы теплоизолированных жидкостных магистралей 10, тройников 11 и червячных хомутов 12. Изменение направления движения отработавших газов из глушителя-рекуператора (направление а) в штатный глушитель (направление б) осуществляется при помощи коробки переключения отработавших газов 13, например, производства КамАЗ, дополнительно установленной в штатную систему выпуска, управление которой осуществляется электромагнитом 14.

Глушитель-рекуператор 1 представляет собой теплообменник типа «труба в трубе», состоящий из внутренней трубы 15 с отверстиями 16 для прохождения отработавших газов с внешней стороны вовнутрь трубы, внешней трубы 17, служащей кожухом для глушителя-рекуператора, трубок теплопередачи 18 для теплообмена между отработавшими газами и жидкостью системы, жестко и герметично закрепленных между собой торцевыми фланцами 19, 20 и 21 при помощи сварного соединения таким образом, что образованные полости между фланцами 19 и 20, 21 и 22 соединяют между собой внутренние полости трубок теплопередачи. Для подвода и отвода жидкости системы имеются штуцеры 23, для подвода отработавших газов имеется входной патрубок 24. Стоит отметить, что глушитель-рекуператор 1 выполнен по противоточной схеме движения теплоносителей, при этом сопротивление движению отработавших газов, создаваемое глушителем-рекуператором 1, не превышает сопротивления штатного глушителя.

Система подогрева работает следующим образом.

При работе двигателя транспортного средства отработавшие газы, движущиеся по трубе выпускной системы 2 двигателя, направляются в глушитель-рекуператор 1 при помощи коробки переключения газов 13. Теплота отработавших газов посредством теплоотдачи передается трубкам теплопередачи, внутри которых находится жидкость, а уровень шума отработавших газов снижается за счет потери скорости при обтекании трубок теплопередачи и прохождения через отверстия 16. Нагретая жидкость циркулирует по системе подогрева и подается к теплообменникам 7, 8 и 9 за счет давления, создаваемого жидкостным насосом 4, в результате чего происходит нагрев масла в редукторах трансмиссии.

При температуре жидкости в системе подогрева ниже 80°С датчик температуры жидкости 3 подает сигнал на ЭБУ 25, питающиеся от бортовой сети 26 транспортного средства. ЭБУ 25 воздействует на электромагнит 14, одновременно включает жидкостный насос 4, и отработавшие газы поступают из системы выпуска в глушитель-рекуператор 1, при этом часть жидкости подается в теплообменник 7 КПП, другая часть - к теплообменникам 8 и 9 ведущих мостов, таким образом обеспечивается параллельное движение жидкости по системе: «глушитель-рекуператор 1 - теплообменник 7 КПП» и «глушитель-рекуператор 1 - теплообменники 8 и 9 ведущих мостов». При достижении температуры жидкости системы подогрева значения 95°С ЭБУ 25 направляет отработавшие газы из глушителя-рекуператора 1 в штатный глушитель (на фиг. 1 не указан), т.е. меняет направление движения газов с а на 6, предотвращая тем самым перегрев жидкости системы подогрева и масла редукторов трансмиссии. Учитывая, что трансмиссионное масло современных автомобилей работоспособно до 120°С, работа системы подогрева не изменит его работоспособность путем нагрева до 95°С. Стоит отметить, что теплообменники 7 КПП, 8 и 9 ведущих мостов монтируются при установке системы подогрева на автомобиль и не снимаются при эксплуатации в летний период, т.к. теплоотдача в окружающую среду стенками агрегатов трансмиссии практически не уменьшается.

Предлагаемая система повышает эффективность тепловой подготовки редукторов трансмиссии в первые минуты работы транспортного средства, а также обеспечивает поддержание теплового режима в процессе их работы.

1. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства, включающая глушитель-рекуператор, теплообменники КПП и ведущих мостов, теплоизолированный расширительный бак для жидкости, снабженный пробкой с клапанным механизмом, и систему теплоизолированных трубопроводов, отличающаяся тем, что глушитель-рекуператор представляет собой теплообменник типа «труба в трубе», состоящий из внутренней трубы с отверстиями для прохождения отработавших газов с внешней стороны вонутрь трубы, внешней трубы, служащей кожухом для глушителя-рекуператора, трубок теплопередачи для теплообмена между отработавшими газами и жидкостью системы, жестко и герметично закрепленных между собой торцевыми фланцами и при помощи сварного соединения таким образом, что образованные полости между фланцами обеих сторон глушителя рекуператора соединяют между собой полости трубок теплопередачи.

2. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно в штатную систему выпуска устанавливается коробка переключения отработавших газов с электромагнитом для изменения направления движения отработавших газов из глушителя-рекуператора в штатный глушитель.

3. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что датчик температуры жидкости системы установлен на выходе из глушителя-рекуператора.

4. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник КПП плотно прилегает к внутренней части правой стенки картера КПП, выполнен из материала с высокой теплопроводностью, а его форма аналогична форме внутренней поверхности правой стенки картера КПП.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Скважинный подогреватель содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для греющего теплоносителя, подводящего и отводящего коллектора с патрубками.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Устройство для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в нефтяных скважинах содержит теплогенератор, соединенный с помощью всасывающего и напорного трубопровода циркуляционного насоса со скважинным подогревателем, который является составной частью насосно-компрессорной трубы.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для рабочего тела, подводящего и отводящего коллекторов с патрубками, теплообменные элементы, выполненные в виде двухслойных цилиндрических оболочек, соединенные между собой и корпусом при помощи пилонов, установленных на концах теплообменных элементов, при этом в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела, в варианте исполнения на наружной поверхности теплообменных элементов выполнены ребра.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения. В теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника.

Изобретение относится к области машиностроения, теплотехники, холодильной промышленности и компрессоростроения и может быть использовано в производстве бытовых, промышленных холодильников, конденсаторов, теплообменников и компрессоров.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах для осуществления взаимодействия двух теплоносителей без их непосредственного контакта, в частности в парогенераторах.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в теплообменниках ядерных энергетических установок с трубами Фильда в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе (ЖМТ) в режиме переменных нагрузок.

Изобретение относится к теплообменному устройству для сушки, нагревания или охлаждения порошкового и гранулярного материалов и к способу производства теплообменного устройства.

Изобретение относится к энергетике. Теплообменный аппарат содержит теплообменник с корпусом и цилиндрической оболочкой, образующими каналы, входной и выходной коллекторы, дополнительный теплообменник, расположенный последовательно с первым, содержащий входной и выходной коллекторы.

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при проектировании теплообменных аппаратов в любой области машиностроения. .

Изобретение относится к способу подогрева моторного масла в масляном контуре (1) двигателя внутреннего сгорания, который оснащен насосом (2) для подачи моторного масла к по меньшей мере одной точке потребления (5) в масляном контуре (1), при этом насос расположен выше по потоку по меньшей мере одной точки потребления (5) питающего трубопровода (4).
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а точнее - к системам запуска в холодную погоду. Теплонакопитель, установленный в двигателе картера, имеет емкость, заполненную плавящимся веществом.

Изобретение может быть использовано в предпусковых и вспомогательных теплоэнергетических установках транспортных средств для одновременного производства тепла и электроэнергии.

Изобретение относится к военным гусеничным машинам, в частности к системам подогрева силовых установок военных гусеничных машин. Система подогрева силовой установки военной гусеничной машины содержит подогреватель, змеевики масляных баков, обогреваемые полости двигателя, обогреваемые рубашки маслозакачивающих насосов, трубопроводы.

Изобретение относится к военным гусеничным машинам, в частности к системам подогрева силовой установки военных гусеничных машин. Система подогрева силовой установки дополнительно содержит блок контроля и выдачи команд, пульт управления, змеевик подогрева дизельного топлива в расходном топливном баке, дополнительный топливный бак, датчики температуры топлива в дополнительном и расходном топливных баках, подогреватель топлива в дополнительном топливном баке и в топливном трубопроводе, топливные краны, змеевики подогрева масла в бортовых коробках передач и входном редукторе, указатель уровня масла в масляном баке системы гидроуправления и смазки трансмиссии, датчик температуры масла в масляном баке системы гидроуправления и смазки трансмиссии, кран.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Способ управления работой двигателя, в котором происходит запуск и остановка двигателя внутреннего сгорания, содержащего коленчатый вал, имеющий шейку вала и опорный подшипник, в котором может вращаться шейка вала.

Изобретение может быть использовано в системах для подготовки к запуску двигателей внутреннего сгорания. Система для поддержания готовности к запуску двигателя (7) внутреннего сгорания тепловоза содержит штатную систему (4) охлаждения двигателя (7) внутреннего сгорания, жидкостный подогреватель (1), подключенный к основной магистрали штатной системы (4) охлаждения, штатную топливную систему (18) двигателя внутреннего сгорания со штатным топливным баком (23) и штатным подкачивающим топливным насосом (19), дополнительный топливный бак (20), оснащенный переливным трубопроводом (21), сливным трубопроводом (22) с краном и трубопроводом, соединяющим дополнительный топливный бак (20) с жидкостным подогревателем (1).

Изобретение относится к устройствам предпускового подогрева силовых установок военных гусеничных машин. Устройство для автоматической подготовки силовой установки военной гусеничной машины к пуску содержит подогреватель, включающий в себя котел, выпускной коллектор, нагнетатель, электродвигатель, водяной насос, топливный насос, форсунку, топливный кран, запальную свечу и свечу подогрева.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в системах предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Устройство для облегчения запуска ДВС, содержащее масляный насос с приводом, маслопроводы, масляный поддон, при этом дополнительно введены: газовый баллон с редуктором давления и соплом, рукав подвода горячих газов, обратные клапаны маслопроводов, крыльчатка с валом-эксцентриком, патрубок с регулирующей заслонкой, емкость для нагрева масла с теплоизоляционной рубашкой и змеевиком горячих газов, на которой установлены маслоуказатель, предохранительный и редукционный клапаны, манометр и термометр и которая соединена через змеевик горячих газов с соплом и патрубком, имеющим регулирующую заслонку и сообщенным с рукавом подвода горячих газов к масляному поддону и крыльчаткой с валом-эксцентриком, который приводит в действие масляный насос, подключенный через маслопроводы с обратными клапанами к масляному поддону и емкости нагрева масла, которая сообщена через редукционный клапан, маслопровод с обратным клапаном, с системой смазки двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области военной техники, в частности к системе обеспечения пуска двигателя внутреннего сгорания с сухим картером в условиях низких температур окружающего воздуха и машины.
Наверх